淺談數字燈在威海市規劃展覽館的應用

胡 勇，張遠齊

（廣州勵豐文化科技股份有限公司，廣東 廣州 510663）

城市規劃展覽（展示）館是一種新興的公共建筑，其主要功能是介紹城市的歷史文化和當今城市規劃建設成就，展示城市形象、城市特質，展望城市未來發展的美好愿景。

近些年來，隨著我國經濟的快速發展，全國各大中型城市都掀起了一股城市規劃展覽館建設熱潮，場館的建設規模和投資規模都在不斷擴大。上海城市規劃展示館于2000年初建成開放；北京市規劃展覽館于2009年竣工；南京市規劃建設展覽館、大慶城市規劃展示館、杭州市城市規劃展覽館等都相繼在近幾年建成并對外開放。這些場館有的成為了城市標志性建筑，有的成為了國家4A級旅游景點。

1 城市規劃展覽館的技術特點和發展趨勢

目前，國內城市規劃展覽館的設計思路，普遍在展示的基礎上，更加重視互動性、文化性，增加了觀眾的現場感和參與程度；同時，娛樂性展示內容也越來越多。因此，采用的技術手段越來越豐富，其中音視頻特效在展示中所占的比例不斷提升，比如大量地應用投影機設備及各種特效影像技術，這也是視覺多媒體技術發展和應用的一個主要方向。

在燈光設計方面，有的場館使用成像燈和PAR燈來做大面積鋪光和特效燈光；有的場館使用電腦燈做移動燈光指引，或使用成像燈來做定點燈光指引；有的場館使用投影機和電腦燈、成像燈、LED燈等多種燈具形成多層次立體布光。

2 威海市規劃展覽館數字燈光系統設計與應用實例

威海市規劃展覽館位于山東省威海市文化藝術中心內，總建筑面積8 600 m2。該展館共分為兩層，設置總體規劃模型展區、城市概況展區、歷史展區、建設成就展區、重點項目展區、弧幕影院、公眾參與區、公示區等展示區域。

該展館燈光的設計主要采用聲光電一體化的表現形式。通過中控系統中簡易的控制界面操作而達到各種預設的表演模式。其中，為了達到很好的藝術效果，在總體規劃模型展區的設計上用數字燈（多媒體技術加上投影機）、電腦燈、LED燈、LED燈帶等形成多層次立體布光。在整體基礎光方面采用了以高亮度、大出光角度，并可以無級換色的LED染色燈鋪光，滿足空間整體的光照度及顏色的飽和度要求。電腦燈采用高亮度、寬出光角度、多種圖案效果的1 200 W搖頭圖案燈，主要是突出在模型中各個城區的標志性建筑，配合數字燈進行大面積圖案效果動態渲染等。

現就該展館總體規劃模型展區的數字燈光視頻及控制系統作一介紹，與讀者共同分享數字視頻技術帶給展示行業的便捷性。

2.1 燈光視頻系統設計概況及定位

（1）整個展區的聲光電系統設計都遵循“展館智能中控集成”理念，選用具有國際和國內領先技術的燈光和視頻產品以便于與各館子系統集成及總系統集成。

（2）滿足觀演者在沙盤不同區域觀看視頻整體效果需求，同時，確保燈光系統與音、視頻系統設備可同步使用也可分開使用。

（3）展區內聲光電系統設備和性能達到國際先進、國內一流水平，且具有高可靠性、擴展性和通用性。既可以做到中控系統的“一鍵式”操控所有聲光電設備，也可以單獨對不同的聲光電系統進行調節和重組。

（4）根據觀眾的游覽線路及重要性，設置“VIP模式”和“普通模式”來播放不同的講解內容。

（5）整個展廳共選用4臺ROBE DT7000數字燈，8臺1 200 W搖頭圖案燈，100只LED燈，1臺飛豬（野豬）燈控臺。

數字燈采用ROBE DT7000系列。其主要特點是具有功能強大的多媒體服務器，采用Linux OS操作系統，具有4個數字圖層，具備全角梯形校正功能，8×8臺燈無縫拼接軟件功能，有多種圖層媒體控制模式、 數字光圈效果和多種遮蓋效果，燈具支持BMP、JPG、TGA、PNG等多種圖片格式，并支持多種視頻文件格式，可以用網絡對所有數字燈設備進行操作控制（燈具資料庫管理、設備狀態監控管理等），有水平540°、垂直270°的旋轉功能，燈頭位置上配置了雙LED的RGBW染色模塊，并搭載6 500 lm的投影機作為顯示光源。LED燈帶主要是在模型中清楚地區分各行政區的邊界，主要標志性建筑的外貌顯示。

2.2 燈光視頻控制系統設計方案和效果實現

該系統總的設計思想是：利用演藝行業中成熟的設備和技術在展覽展示行業做一些有創意的設計，提倡綠色節能環保、低碳生活的理念。具體設計思路如下：

2.2.1 燈光設備選型及應用

（1）首先，選用一些低功耗、高亮度、高品質的LED燈具做為整體環境的顏色渲染（LED燈具染色效果如圖1所示）。設計為天花吊掛交叉投射的方式，既保證布光的均勻度，又保證吊掛方式的美觀度，做到整齊統一。

（2）1 200 W搖頭圖案燈主要用于對展區的顯示區域進行移動指示，或配合數字燈進行大面積圖案效果動態渲染等；同時，也可配合LED燈具進行特效展示（頻閃、換色、換圖案等特效）。（整體效果如圖2所示）

（3）選用4臺數字燈主要是作為分區域分時段沙盤影像展示，表現的是各行政區城市公路網、燈光網及建筑群動態特色，目的是讓靜止的沙盤活起來。

2.2.2 燈光燈位設計及吊掛方式

總體規劃模型展區的空間高度在未裝修時為12 m，裝修面高度在9 m左右，裝修層中設置了井字形馬道以方面設備的安裝和維護。燈位設計上，除了常規照明燈外，采用了4臺數字燈，8臺搖頭圖案燈和LED燈進行矩陣式分布（如圖3和圖4所示）。燈具全部采用頂部吊掛的方式，這樣可以做到空間整體的整齊干凈、和諧統一。

2.2.3 數字燈的創新設計和應用特點

（1）展區投射區域較大。展廳面積較大，達1 600 m2，如果采用傳統的投影機作整體覆蓋布置方式，將需要30臺以上投影機陣列地布置在展廳天花頂部。而采用數字燈則只需要4～6臺就可以全方位地照顧到整個展廳。其主要原因是展示的方式不同：傳統的投影機布置方式是陣列式靜止拼接方式，需要覆蓋所有需要視頻顯示的部分才可達到展示效果；而使用數字燈時，則可以利用數字燈的360°快速旋轉移動功能、燈具自帶的拼接功能、梯形校正功能等進行靈活多變的視頻展示，從而覆蓋整個沙盤區域。無論從投資預算還是展廳上部的美觀度來說，數字燈均優于傳統投影機。

（2）控制方式——數字燈采用DMX 512協議和ARTNET協議，可以像電腦燈具一樣方便操控。使用的燈光控臺DMX通道容量大（超過2 048個DMX通道），性能穩定，兼容性強、升級簡便，支持ART-NET協議，可以方便地對展區內多臺數字燈、電腦燈、LED進行統一編程操作。

（3）傳輸方式——采用國際通用TCP/IP網絡協議、DMX 512燈光協議及ART-NET協議來構筑高速網絡系統，在不同區域可隨時用無線iPAD設備或無線觸摸屏調用編輯好的展區聲光電演示程序。

（4）視頻素材應用——數字燈內部存貯有幾千幅現成的燈光視頻素材，也可以通過網絡直接把所需要的素材實時地傳輸到燈具內進行投射。

（5）視頻顯示方式——每臺數字燈都具有內部和外部視頻轉換顯示模式。可以接受外部的VGA、DVI、S-VIDEO視頻信號和燈具內部服務器中的視頻信號，通過視頻矩陣切換實時的視頻影像，為現場增添互動性。

從幾幅實拍照片（如圖5～圖7所示）中可以看到總體規劃模型展區的數字燈在整個實體沙盤中的應用方式，主要是利用實體沙盤中的建筑、樹木、河流、景觀等單色靜止的模型進行動態生動的區域演示。在平時，如不開效果燈具可以看到威海市整個區域實體沙盤模型。而使用數字燈、電腦燈、LED燈等效果燈具后則會非常直觀、動態地表現各行政區域的面積、建筑特點和景觀特點等，讓靜止的模型活起來，配合生動的講解讓觀眾一目了然，印象深刻。

2.3 燈光視頻控制系統的組成與說明

燈光視頻控制系統主要由中央控制信號網絡、DMX信號控制網絡、VGA視頻信號網絡、燈具局域網控制網絡、供電系統等組成。

2.3.1 燈光視頻控制系統圖（如圖8所示）

2.3.2 燈光視頻控制系統設計說明

（1）中央控制信號網絡由中央控制服務器、集線器、中控觸摸屏、無線觸摸屏等設備組成。主要是通過中控服務器軟件把所有聲音、視頻、燈光信號集中控制管理。用中文菜單的方式把聲光電復雜的系統進行簡單化、可視化控制。以便于展館講解人員對展示內容作清晰、系統性地講解。

（2）DMX信號控制網絡由燈光控制臺、DMX信號記錄器、燈光控制計算機（軟件界面調用）、集線器、DMX信號放大器、數字燈、電腦燈、LED PAR燈等組成。主要是通過燈光控制臺對各種燈具進行場景調試編程，再通過DMX信號記錄器對所編輯的場景進行分段記錄，連通中控服務器和燈光控制計算機以及中控觸摸屏進行場景調用來達到聲光電同步。

（3）視頻信號網絡由數字燈內部的幾千種視頻源、可通過燈具局域網上傳到數字燈的視頻素材、從中央控制服務器輸出的VAG視頻信號源通過數字燈投射到展廳的各個分區，用30 000 lm的投影機來投射影像到100 m2的大屏幕。這是規劃展覽視覺燈光的核心系統。

（4）燈具局域網絡是用集線器、超五類網線把燈具和燈光控制計算機等連通起來，既可以上傳視頻素材到數字燈內部的硬盤，也可以實時控制監測數字燈的運行狀態，同時也是數字燈同步運行的指揮系統。

（5）供電系統包括對數字燈、電腦燈、LED PAR燈等設備的集中供電控制。所有的配電系統安放在機房內統一的配電柜進行集中管理，并可以通過中央控制服務器進行總電的切換和監測。

2.4 燈光視頻控制系統實施難點及解決辦法

（1）數字燈光系統可借鑒的經驗少。此次使用數字燈光是在國內的城市規劃館嘗試使用，國外可以借鑒的同類型案例和經驗比較少，控制人員和視頻人員進行了大量的測試工作。系統調測時，各模塊部分（聲、光、電）先全部獨立調整，但主要是以音樂為主線條來進行調試；再通過中控網絡系統把各個模塊聯起來進行統調。經過大約一個星期的調測，最終結果達到了設計需求。

（2）施工難度大。在整個規劃館上空布滿了各種管線（風管、空調管、消防管、電源槽管等），而同時為了保證裝修的美觀度和完整性，在展廳上空布置了均勻的鋁合金裝飾管。這給燈光的布位和燈光線管的施工增加了難度。通過同裝飾公司、各工程承包方進行多輪的溝通才得以順利施工。

（3）聲光電同步性問題。業主方要求是使用iPAD的無線控制和VIP位置的點控方式來操作整個展廳的聲光電系統。同步性問題就變得至關重要，而由于聲光電系統各自使用了不同的通訊協議方式，對于中控系統的總集成提出了要求。在進行多輪技術論證和現場測調后成功解決了這一問題。比如說燈光系統是通過燈光控制臺來進行編程，而中控系統不能直接從燈控臺中調用燈光程序。這樣施工方就根據事先設計的幾種模式采用DMX記錄器進行燈光程序的錄制，并把相應的錄制內容放到燈光控制計算機中，再用中控系統直接調用燈光控制計算機中的燈光程序回放整個效果（系統原理如圖8所示），以達到聲光電同步的效果。

（4）視頻制作難度大。由于展示的時間約有15分鐘，分為大屏顯示部分和沙盤中各行政區的動態展示公路網、燈光網顯示部分。最特殊的是只有4臺數字燈，則需要根據展示的內容精確制作多個不同的視頻段來滿足4臺燈在不同時段、不同區域的拼接及移動效果。同時，還需通過燈光控制臺進行編程來精確播放這些視頻才能做到完全同步。視頻的制作最后是通過時間線的方式來完成的。通過多次的技術溝通和現場測調后成功地解決這一難題。

（5）數字燈與電腦燈、LED燈、LED燈帶等在整個效果上的協調控制難度大。數字燈在展示上要充當主要角色，而數字燈中的投影機是以高壓汞燈來做光源，在整場只設置4臺的情況下亮度上不占有優勢，8臺1 200 W的電腦燈在全出光角、全亮度輸出時基本可以覆蓋模型空間，但整體的照度已不高。在最小出光角、全亮度輸出時照度滿足要求，人眼可清晰地看到所指示的標志性建筑。LED燈的數量比較多，亮度很高。這樣就要求在效果控制上得根據展示的解說詞，音樂進行分時段協調編程控制。需要多次對程序進行編輯修改從而保證效果的完美統一。

3 展覽展示中數字燈光系統應用前景展望

數字燈在威海市規劃展覽館的成功應用是其在中國城市展覽行業中的成功嘗試，從使用效果和經濟成本上來看都是成功的，也預示著數字燈在展覽行業的應用前景值得期待：

（1）數字燈光系統具有一些非常適用于展覽展示行業的功能，這是投影機或其他顯示設備所不具有的，如大范圍移動功能、多圖層視頻顯示功能和數字梯形校正功能等。這樣可以使用少量的燈具就覆蓋整個展示區域，不受吊掛位置的限制。

（2）數字燈可以配合各種大型投影機進行使用，從而豐富整體視頻效果。大型投影機主要是設置在觀看的正中間進行整體的演示講解，而數字燈則可以配合大型投影機進行立體式的效果顯示。

（3）數字燈可以配合各種燈光進行統一效果編程，便于完整地表現所要展示的內容。LED染色燈及電腦燈都可以在燈控臺的統一編程下對所要表現的展示內容進行的亮度、顏色、視頻等多層次體現，讓展示更生動活潑。

（4）數字燈可以和其他燈光設備一起進入中控系統，用簡單的方式就可以播放控制整個復雜的聲光系統，讓展示變得輕松、生動。

隨著技術的發展與成熟，在場館設計中所采用的高科技手段將會越來越多，越來越豐富，設計上將會讓游客更富有臨場感、參與感和真實感。大量地應用各種特效影像技術、視覺多媒體技術、聲光電統一控制等將會是其發展和應用的一個主要方向。